Metales no Ferrosos - Facultad Regional Tucumán

Metales no Ferrosos - Facultad Regional Tucumán

Materiales Metálicos – 2do. Ingeniería Mecánica
METALES NO FERROSOS
ALUMINIO – COBRE – CINC - ESTAÑO
EL CONJUNTO DE GUIAS DE ESTUDIO DE LA MATERIA
MATERIALES METALICOS TIENE UN PROPOSITO
ORIENTATIVO PARA EL ALUMNO. EL EXAMEN FINAL SE
BASA EN EL PROGRAMA DE LA MATERIA
Ing. Víctor Gómez
U. T. N
Facultad Regional Tucumán
ALEACIONES NO FERROSAS
Las aleaciones ferrosas, se consumen en grandes cantidades, debido a sus propiedades mecánicas, facilidad de fabricación y a la economía de
producción. Sin embargo, algunos inconvenientes tienen: A) Valor de densidad relativamente elevado. B) Conductividad eléctrica comparativamente
baja y C) Tendencia a la corrosión en medios muy comunes. Por estos motivos, en muchas aplicaciones, se utilizan otros metales, con una
combinación de propiedades mas apropiadas a ciertos fines. Las aleaciones se clasifican, según el componente mayoritario o según las
características específicas del grupo de aleaciones.
METALES NO FERROSOS
▶ En general los metales no ferrosos son blandos y tienen poca resistencia mecánica, para mejorar sus
propiedades, se alean con otros metales. Los Metales no ferrosos, de acuerdo al grado de utilización se
los puede ordenar:
•cobre (y sus aleaciones)
•aluminio
•estaño, plomo
•cinc
•níquel
•cromo
•titanio
•magnesio.
▶ De acuerdo a su densidad, se los puede clasificar:
ALUMINIO
Se encuentra en la naturaleza en forma de óxidos y silicatos. El principal mineral para la extracción del aluminio son las
bauxitas. El Al es el tercer elemento mas abundante en la tierra, después del O y del Silicio y entre los metales es mas
abundante.
1)Bauxitas blancas: Tienen un elevado contenido de silicio, por lo que la extracción del Al es difícil y costosa.
2)Bauxitas rojas: Con un contenido en silicio menor al 0,5%, sus principales impurezas son el óxido férrico y el dióxido de
Ti. Las bauxitas contienen el equivalente a 30-57% de Al2 O3 en forma de hidróxido de aluminio Al (OH)3 ; 17-35% de Fe2
O3 ; 3-13% de Si O2 ; 2-4% de Ti O2 ; hasta 3% de Ca O y 10-18% de H2O.
Principios de la metalurgia: El Al es un reductor enérgico y se oxida muy fácil, por lo que no se puede aplicar los
métodos térmicos de oxidación y reducción, además, el producto a obtener, debe ser de muy alta pureza. Se parte de un
mineral bruto para llegar a la alúmina pura, que será electrolizada, lo que da un aluminio de 99,5% de pureza.
Método Bayer: Es el principal método de obtención de Alúmina, la bauxita tiene un contenido de Al entre un 30 a un 54%,
expresado como AL2O3. Se emplea solo bauxitas rojas, donde el Al, se encuentra en formando hidróxidos, AL (OH)3, en
este proceso la bauxita es
(a) Preparación: La bauxita es triturada en molinos. Se agrega algo de cal para activar la separación de la alúmina. Esta
pulpa húmeda pasa a:
(b) Lixiviación: Se la ataca con solución de soda cáustica [Na(OH)] en una autoclave, donde la bauxita es sometida a
temperaturas de entre 1.600 a 1.800 ℃ y a presiones de 4 a 8 at con vapor de agua, donde se transforma la alúmina en un
producto soluble y fácilmente separable de las impurezas insolubles
▶ Al2 O3 + 2 Na (OH) ⇛ 2 Al O2 Na + H2O se obtiene aluminato de sodio, el óxido de Fe queda insoluble en el bióxido
de Ti y la sílice se transforma en silicatos, se procede a la filtración.
c) Filtración
Filtraci n : Se precipitan como barros rojos. Luego el aluminato de sodio se hidroliza convenientemente
▶ Al O2 Na + 2 H2O ⇛ Al (OH)3 + Na (OH) . Se obtiene hidróxido de aluminio. Se separa así, un 70% del aluminato
inicial y la alúmina hidratada se envía a los hornos rotativos de calcinación, para quitar la humedad.
d)Calcinaci
d)Calcinación
Calcinaci n: Se opera a una temperatura de 1.200 ℃, en hornos rotativos, se obtiene así, una alúmina anhidra de mas
de 90% de alúmina, 0,10% de sílice y 0,10% de óxido de Fe.
El método Bayer no es aplicable a bauxitas con elevado % de sílice. Se pueden aplicar métodos como el Reynolds.
Electrólisis
Electr lisis
Como es imposible reducir la alúmina por el C u OC, para obtener AL, es necesario recurrir a la electrólisis. El
procedimiento se puso en marcha al mismo tiempo en Francia por Heroult y en USA por Hall, por eso el proceso se llama
HALL HEROULT. Alrededor del año 1.850. Como la alúmina no es un electrolito al igual que el agua, es necesario disolver
la alúmina en un electrolito capaz de dar un ión de aluminio. Se utiliza un baño de criolita (Fluoruro de Al y Na) (F3 Al , 3 F
Na), fundida a 950℃ y conteniendo un 13% de Al. La densidad de este baño es de 2,15 de manera que el Al líquido que
tiene una densidad de 2,32 se deposita en el fondo a medida que se va formando y queda protegido de la oxidación. El
mecanismo de la electrolisis es muy complejo pero ocurre con la creolita ionizada y el Al++ se dirige al cátado, el O (-) al
ánodo de C, ardiendo con desprendimiento de CO2. Las cubas son de sección rectangular con un espeso revestimiento de
ladrillos fabricados con Carbón unidos entre si con una mezcla de brea y coque, el polo negativo está formado por
conductores unidos al suelo de la cuba, el positivo o ánodo es de carbón de alta pureza a fin de evitar que las impurezas
ensucien el metal. La intensidad de corriente varia entre 20.000 y 50.000 amperes. La tensión es de unos 4,5 volt.
PROPIEDADES DEL ALUMINIO
► Símbolo: Al
► Número atómico: 13
► Masa Atómica: 26,9815
► Número de protones/electrones: 13
► Número de neutrones (Isótopo 27-Al): 14
► Estructura electrónica: [Ne] 3s2 3p1
► Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 3
► Afinidad electrónica: (kJ. mol-1): 43
► Radio iónico (pm) (carga del ión): 53 (+3)
► Punto de Fusión (℃): 660,32
► Punto de Ebullición (ºC): 2519
► Densidad (Kg./cm3): 2,7 (20ºC)
► Estructura cristalina: FCC
► Color: plateado-blanco
► Resistencia Tracción: 10 Kg./mm2
► Alargamiento = 40%
► Excelente conductor de calor y electricidad – Muy Dúctil y maquinable.
En el país se produce en Puerto Madryn – Chubut. Producción: 272.000 Ton/Año. Consumo de energía:
3.980.000 MWh / Año. La producción mundial es de unos 19 millones de toneladas. Es difícil de soldar
por su contenido en O.
Producción de Alúmina
(Proceso Bayer)
Proceso Bayer
4 ton Bauxita ⇛ 2 ton Alúmina ⇛ 1 ton
Aluminio
La solución de aluminato de sodio clarificada es
bombeada dentro de un enorme tanque
llamado precipitador. Se añaden finas
partículas de alúmina con el fin de inducir la
precipitación de partículas de alúmina puras,
una vez que el líquido se enfría. Las partículas
se depositan en el fondo del tanque, se
remueven y luego son sometidas a 1100°C en
un horno o calcinador, a fin de eliminar el agua
que contienen, producto de la cristalización. El
resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La
soda cáustica es devuelta al comienzo del
proceso y usada nuevamente.
La alúmina es un material de color blanco tiza
de consistencia similar a la arena fina. La
industria emplea el proceso Bayer para producir
alúmina a partir de la bauxita. La alúmina es
vital para la producción de aluminio – se
requieren aproximadamente dos toneladas de
alúmina para producir una tonelada de
aluminio.
GRAFICO
RESUMEN DE PROCESO INDUSTRIAL DE OBTENCION DE ALUMINIO
Material
Carbonoso
Bauxita (Arcilla)
Al2 O3 + Impurezas
Na OH
Criolita
(Groenlandia)
Na3 Al F6
Al₂₂ O₃₃ NaO
Fabricación de
Electrodos
Al(OH)3
Calcinación
Enriquecimiento
Criolita
Sintética
Alúmina
Al2 O3
Electrolisis
Al (99,7%)
H2SO4+Ca F2 → 2HF+Ca SO4
3 Na2 O+Al2 O3+12 HF → 2Na3 Al F6+6H2O
Electrodos
Energía
Eléctrica
Afino del Aluminio
con Cl2 gas
Electrólisis
Electr lisis
Como es imposible reducir la alúmina por el C u OC, para obtener AL, es necesario recurrir a la electrólisis. El
procedimiento se puso en marcha al mismo tiempo en Francia por Heroult y en USA por Hall, por eso el proceso se llama
HALL HEROULT. Alrededor del año 1.850. Como la alúmina no es un electrolito al igual que el agua, es necesario disolver
la alúmina en un electrolito capaz de dar un ión de aluminio. Se utiliza un baño de criolita (Fluoruro de Al y Na) (F3 Al , 3 F
Na), fundida a 950℃ y conteniendo un 13% de Al. La densidad de este baño es de 2,15 de manera que el Al líquido que
tiene una densidad de 2,32 se deposita en el fondo a medida que se va formando y queda protegido de la oxidación. El
mecanismo de la electrolisis es muy complejo pero ocurre con la creolita ionizada y el Al++ se dirige al cátado, el O (-) al
ánodo de C, ardiendo con desprendimiento de CO2. Las cubas son de sección rectangular con un espeso revestimiento de
ladrillos fabricados con Carbón unidos entre si con una mezcla de brea y coque, el polo negativo está formado por
conductores unidos al suelo de la cuba, el positivo o ánodo es de carbón de alta pureza a fin de evitar que las impurezas
ensucien el metal. La intensidad de corriente varia entre 20.000 y 50.000 amperes. La tensión es de unos 4,5 volt.
Se adiciona alúmina cada 4 hs y cuando el
contenido, difiere demasiado de su posición inicial,
se añade criolita. Los electrodos se montan a unos
4 cm del nivel del Al líquido, que forma un lecho de
unos 10 cm de espesor
PROCESO
HALL
HEROULT
Producción: Un horno de 30.000 Amp., produce
165 Kg. de Al por día, con una pureza de 98,5% a
99,8% de Al.
Para producir 1 ton de Al
a) 4 Ton de Bauxita
b) 0,7 Ton de electrodos
c) 8 Ton de carbón
d) 200 Kg. de soda cáustica
e) 75 Kg. de Criolita
f) 25.000 Kw horas
Reacciones en la electrólisis:
Al ⁺³ (en la fundición) + 3 e⁻
e⁻ ⇛ Al (fundido) ( en el
cátodo de carga negativa)
2 O ⁻² (en la fundición) + C (sólido en el ánodo) ⇛
CO₂
CO₂ (gas) + 4 e⁻
e⁻ (en el ánodo de carga positiva)
Aluminio afinado: Mediante el afino electrolítico (ALAIS – FROGES – CANARQUE) se puede obtener aluminio al 99,995% de gran resistencia a la
oxidación. Principio: Al aluminio a afinar, se le adiciona un 33% de cobre, lo cual nos da una aleación de densidad 3gr/cm3, que ocupa el fondo de la
cuba, en contacto con el ánodo, por encima se halla el lecho electrolítico de densidad 2,8 gr./cm3 que es una mezcla de fluoruro de Al y Na y cloruro de
Bario. El Al afinado, de densidad 2,7gr/cm3 flota en el lecho anterior, ubicándose en la parte superior, en contacto con el cátodo. La solera de la cuba es
de carbón, sus paredes de Manganeso y los electrodos de grafito, la densidad de corriente es de 40 Amp / cm2, la tensión de electrólisis es de 7 volt.
•Propiedades del Aluminio: El Al cristaliza en el sistema FCC. Su densidad 2,7 gr./cm3, es 3 veces menor que el Fe. Punto de fusión 658 ℃. Buen
conductor del calor y electricidad, por estas propiedades, se emplea en A) Construcción de material de transporte e industria mecánica
B) En la
industria eléctrica y electrónica C) En material de cocinas D) Como agente aislante.
•Características mecánicas: Metal laminable, Alargamiento de 30 a 40%. Dúctil en caliente 70% de alargamiento. Poco resistente a la tracción de 7 a
10 Kg. / mm2.
•Propiedades químicas: El Al tiene mucha afinidad con el O, lo que lo hace un buen reductor para la desoxidación de los baños líquidos de acero y la
preparación de metales como el Cr, Mn, etc. En contacto con el aire el Al se recubre con una capa transparente de alúmina que lo protege de una
oxidación mas profunda, esta capa de óxido, tiene un espesor de 0,01 micrones. Artificialmente, se puede provocar la formación de esta película,
mediante una oxidación electrolítica impregnada de colorantes variados. Se puede también, proteger muchos materiales aplicando este procedimiento, a
este procedimiento se lo conoce como anodizado. Se obtienen capas de unos 100 micrones de espesor.
Cubas: Las mismas, tienen en ALUAR, las siguientes dimensiones, largo = 8,50 m, Ancho = 4,50 m, Alto = 1,50 m. De las mismas hay 544, ubicadas en
6 naves de 500 m de longitud cada una.
•Aleaciones de aluminio
•Los principales elementos aleantes del aluminio son los siguientes y se enumeran las ventajas
que proporcionan.
•1. Hierro (Fe) : Incrementa la resistencia mecánica.
•2. Silicio (Si) : Combinado con magnesio (Mg), tiene mayor resistencia mecánica.
•3. Cobre (Cu) : Incrementa las propiedades mecánicas pero reduce la resistencia a la corrosión.
•4. Manganeso (Mn) : Incrementa las propiedades mecánicas y reduce la calidad de embutición.
•5. Magnesio (Mg) : Tiene alta resistencia tras el conformado en frío.
•6. Cromo (Cr) : Aumenta la resistencia mecánica cuando está combinado con otros elementos
Cu, Mn, Mg.
•7. Titanio (Ti) : Aumenta la resistencia mecánica.
•8. Zinc (Zn) : Reduce la resistencia a la corrosión.
•Aleaciones Al – Cu (2-8)%: Automotores y estructuras ligeras
•Aleaciones Al – Mg: Alta resistencia a tracción y alargamiento, baja densidad, productos para
moldeo.
•Aleaciones Al – Si: Con un 1.65% se utiliza para forja en automotores, para moldeo
hasta el 12%, buena resistencia a la corrosión.
•Aleaciones Al - Si – Mg: Resistente a corrosión y fácil de trabajar o mecanizar.
•Aleaciones Al – Zn: Mayor resistencia a tracción.
• Una de las mayores ventajas del Al, es que puede ser reciclado una y otra vez, sin perder su
calidad ni sus propiedades.
• Como es un enérgico reductor se lo emplea para desoxidar el baño liquido de acero y afinar el
grano. En los aceros aleados se lo encuentra en pequeñísimas cantidades 0,001 a 0,008%, con
mayores cantidades el acero comienza a tener problemas en el mecanizado y en su resistencia.
Es frecuente añadir 300 grs. de Al por cada tonelada de acero.
ALEACIONES DE ALUMINIO
•Las aleaciones de aluminio pueden dividirse en dos grupos principales: Aleaciones para forja y Aleaciones para fundición. Las aleaciones para forja, a
las cuales se les da forma mediante deformación plástica, tienen composiciones y micro estructuras muy distintas a las aleaciones para fundición.
También, se las puede subdividir en dos subgrupos, las tratables térmicamente y las no tratables térmicamente. Las composiciones de ambos tipos
(Forjables o Fundibles) se designan mediante cuatro dígitos, que indican los solutos principales y en algunos casos, el nivel de pureza. El primer número
define el principal elemento de la aleación, los números restantes se refieren a la composición específica de la aleación. Por ejemplo: XXXX - 1xxx,
3xxx, etc.
2 : Cobre,
3 : Mn,
4 : Si,
5 : Mg,
6 : Mg y Si,
7 : Zn
•Primer dígito: 1: Aluminio,
•Segundo dígito: Indica los límites de impurezas, si es cero, no hay impurezas, si el valor es de 1 a 9 indica un control especial de uno o mas elementos
de aleación. Los dos últimos dígitos expresan el valor en décimas y centésimas del % de Aluminio.
Ejemplo: Aleación 1060 : 99,60
% de Aluminio. En las series 2 hasta la 9 los segundos dígitos no tienen ningún significado especial, solo sirven para identificar las diferentes aleaciones
en el grupo.
•Aluminio 6061: Si = 0,40 – 0,82 Fe = 0,7 MAX. Cu = 0,15 – 0,40 Mn = 0,15 MAX. Mg = 0,80 – 1,20 Cr = 0,04 – 0,35 Zn = 0,25 MAX.
•Se añade un indicador del estado o tratamiento: F= bruto T= tratamiento térmico
O= recocido
H= deformación en frío
•Aleaciones para forja: Las aleaciones 1xxx, 3xxx, 5xxx, no son endurecibles por envejecimiento. Las propiedades de estas aleaciones son controladas,
por endurecimiento por deformación, endurecimiento por solución sólida y control del tamaño del grano. Las aleaciones 5xxx contienen dos fases a
temperatura ambiente, α, que es una solución sólida de magnesio en aluminio y Mg₂Al₃ que es un compuesto ínter metálico duro y frágil. Las aleaciones
Al – Mg endurecen por una dispersión fina del compuesto ínter metálico, o por deformación, por solución sólida o control de tamaño de grano. Sin
embargo, no se pueden aplicar tratamientos térmicos de endurecimiento por envejecimiento.
•Aleaciones para fundición: Estas aleaciones contienen suficientes cantidades de silicio como para provocar una reacción eutéctica, lo que da bajos
puntos de fusión, buena fluidez y colabilidad para fundiciones. La Fluidez es la capacidad del metal líquido para fluir a través de un molde sin solidificarse
de manera prematura y la Colabilidad se refiere a la facilidad con la cual se puede lograr una fundición buena a partir de la aleación. Las propiedades de
las aleaciones Al – Si, se controlan mediante endurecimiento por solución sólida de la matriz de aluminio α, con endurecimiento por dispersión de la fase
β y con la solidificación, lo que controla el tamaño del grano. Esto último se controla mejor adicionando Boro y Titanio o también Fósforo. Las aleaciones
con Zn, permiten el endurecimiento por envejecimiento.
1
Nota: Solo hay tres métodos para aumentar la resistencia y la dureza de una aleación No Ferrosa, Por solución
sólida (aleaciones). Por trabajo en frío. Por Envejecimiento. Para aplicar este tratamiento térmico, el diagrama de
equilibrio, debe mostrar solubilidad sólida parcial y la pendiente de solvus debe ser tal que haya mayor solubilidad
a mayor temperatura y menor solubilidad a temperatura menor, como se muestra el diagrama de Solubilidad
parcial, estudiado. Por ejemplo tomamos la zona α, de la izquierda, elegimos una aleación ( 1 ) inferior al máximo
punto de solubilidad y calentamos (Rojo), hasta antes de llegar a la línea de liquido, enfriamos bruscamente y no
permitimos que el soluto B, escape de la estructura del solvente A, con ello producimos un temple. Se ve
claramente que lo que A disuelve de B en el punto rojo, no lo puede hacer a temperatura ambiente, por lo que al
enfriar rápidamente, tendremos un exceso de B en A, lo cual distorsiona la red y crea tensiones que endurecen al
material. Ojo: Debemos cruzar una línea de transformación, la línea de SOLVUS, de tal manera de conseguir un
cambio de estructura cristalina y una sobre saturación de soluto en el solvente, cuando enfriamos rápidamente la
solución sólida.
•ALEACIONES DE ALUMINIO
•Densidad = 2,7 gr. / cm3. Temperatura de fusión = 660 ℃
•UNS = Unified Numbering System
Cristaliza = FCC
ALEACION Al – Mg
ALEACION Al - Zn
ALEACION Al - SI
α+ L
α
α+β
La aleación 4032 posee un elevado % de Si, 11% de Si y 1% de Fe, Cu, Mg y W, este % provoca buenas condiciones de moldeo,
soldabilidad y resistencia a la corrosión, incluso en ambientes marinos. Son aleaciones resistentes y dúctiles. Esto se debe a su
microestructura. El sistema binario Al – Si forma un eutectico a una temperatura de 577℃ y a una composición de 11,7% que
forma una matriz alfa y una dispersión de fase beta o Si. Estas aleaciones se utilizan en tratamientos térmicos con
precipitaciones de Si a alta temperatura por lo que son utilizadas en la fabricación de pistones, donde se requiere propiedades de
alta resistencia mecánica y al choque térmico.
COBRE
El cobre se encuentra en minerales en forma de sulfuro de Cu y óxidos de Cu.
Minerales: Sulfuro: Calcopirita Cu Fe S2 - Óxidos: Cuprita Cu2 O – Malaquita CO3 Cu - Cu (OH)2
Su contenido máximo en el mineral es de alrededor de 5% y en general baja hasta el 1%. El mineral mas importante es la
Calcopirita.
•Existen dos métodos de obtención del cobre: por vía húmeda y por vía seca.
•Proceso de obtención del cobre por vía húmeda. Se emplea cuando el contenido en cobre del mineral es inferior al 10%.
El procedimiento consiste en triturar todo el mineral y añadirle ácido sulfúrico. Luego, mediante un proceso de electrólisis, se
obtiene el cobre.
•Proceso de obtención del cobre por vía seca se utiliza cuando el contenido de cobre supera el 10%. En caso contrario, será
necesario un enriquecimiento o concentración. Es el proceso que más se emplea y es análogo al usado para el estaño.
Proceso de obtención por vía seca.
•a) El mineral de cobre (1) se tritura (2) y se pulveriza en un molino de bolas (3), un cilindro con agujeros muy
finos, por donde saldrá el mineral pulverizado, con unas bolas de acero.
•b) Para separar la mena de la ganga, se introduce el mineral en polvo en un depósito lleno de agua (4) y se
agita. El mineral, más pesado, se irá al fondo, mientras que la ganga flotará y se sacará por arriba.
•c) El mineral concentrado se oxida parcialmente (sólo el hierro, no el cobre) en un horno (5). Se suele colocar
en una cinta transportadora metálica que se mueve lentamente al mismo tiempo que se calienta la mena. Así se
consigue separar el hierro del cobre.
•d) Se funde en un horno de reverbero (6), añadiéndole fundente (sílice y cal) para que reaccione con el azufre y
el óxido de hierro y forme la escoria. El cobre aquí obtenido (7) tiene una pureza aproximada del 40 % y recibe
el nombre de cobre bruto o cobre blíster. Si se quiere obtener un cobre de pureza superior al 99,9 % (9), es
necesario un refinado electrolítico en la cuba (8).
Historia del Cobre.
•Año 5000 a. C. En Egipto se emplea con fines ornamentales.
•Año 4000 a. C. Se fabrican pequeños objetos: anillos, tijeras, agujas, dedales, etc.
•Año 3000 a. C. Se forja el cobre (golpeándolo en frío para endurecerlo). Aparece el bronce.
•Año 1500 a. C. Aparece el latón. Con la aparición del hierro empieza a declinar el uso del cobre.
•Siglo XVIII. Revolución industrial. Vuelve a adquirir un gran auge en la industria.
Las aleaciones en base a cobre, tienen una densidad mayor que de las los aceros, aunque su resistencia es menor al de las
aleaciones Al – Mg. Las aleaciones resultan fuera de lo común por que se pueden seleccionar para producir efectos decorativos.
El cobre puro es rojo, adiciones de zinc producen color amarillo y las de níquel un color plateado. El cobre se corroe con facilidad
formando un sulfato de cobre, el mismo es insoluble en agua. La estatua de la Libertad es verde debido a la patina verde del
cobre oxidado, que cubre la estructura de acero. Los cobres con menos del 1% de impurezas se utilizan para aplicaciones
eléctricas. Pequeñas cantidades de cadmio, plata, alumina mejoran su resistencia sin perjudicar su conductividad.
Hay diferentes tipos de endurecimiento de una aleación de cobre
▶ Propiedades: ► Densidad = 8,9 gr./Cm3 ► Punto de fusión = 1.084 ℃ ▶ Después de la Plata es el mejor conductor de
calor y electricidad. ▶ Es dúctil y maleable en frío, también tenaz y flexible ▶ Después de un recocido de 1 H a 640 ℃, las
características son: Resistencia a tracción = 25 Kg./Cm2 - Alargamiento = 30% - Dureza Brinell = 50 Kg./Cm2, ▶ El aire
oxida al Cu a partir de los 500 ℃
▶ Los ácidos mas débiles atacan al Cu y este se cubre de una capa verde.
•Aplicaciones: Como conductor eléctrico, bobinados. Forma aleaciones con el acero, el plomo, el zinc (bronce), con la plata,
con el oro, etc.
Estratificación
MINA EN CHUQUICAMATA
DESIERTO DE ATACAMA.
PROF=0,85 KM – L = 12 KM – A
= 7 KM. - CHILE
Mina B. CANYON – UTAH –
PROF.= 1,2 KM – DIAM. 4KM
de
ALEACIONES DE COBRE
El cobre y sus aleaciones poseen combinaciones de propiedades físicas convenientes y se utilizan en gran
variedad de aplicaciones desde la antigüedad. El Cu sin alear es tan blando y dúctil que es difícil de mecanizar,
pero tiene una capacidad casi ilimitada de ser trabajado en frío. Resiste muy bien a la corrosión en la mayoría
de los medios. La resistencia a la corrosión y mecánica, mejoran por aleación. Las aleaciones de Cu tienen
densidades mas elevadas que las de los aceros. Su resistencia específica es inferior a la de las aleaciones de
Al – Mg, pero tienen una mejor respuesta a la termo fluencia y al desgaste. La mayoría de estas aleaciones no
endurecen por tratamiento térmico, pero, si lo hacen por acritud (con el ensayo de plegado puedo conocer la
acritud).
La aleación mas común es el LATON, donde el Zinc actúa como soluto. En el diagrama vemos las diferentes
fases Cu – Zn, la fase α es estable a concentraciones de un 35% de Zn. Tiene una estructura cristalina FCC y
estos latones son relativamente blandos, dúctiles y fáciles de trabajar en frío. Los latones con mayor
concentración de Zn contienen las fases α y β’ a temperatura ambiente. La fase β’ posee una estructura
cristalina BCC y es mas dura y resistente que la fase α, por ese motivo las aleaciones α + β’, se trabajan en
caliente. El latón naval, el de cartuchería y el metal dorado son algunos de los latones mas comunes de color
amarillo. En la tabla vemos las composiciones, propiedades y principales usos de estos latones: municiones,
bisutería, radiadores de automóviles, instrumentos musicales y monedas.
Los BRONCES son aleaciones de cobre con estaño y pueden contener algo de aluminio, silicio y níquel.
Estas aleaciones son mas resistentes que los latones y tienen gran resistencia a la corrosión. En la tabla se
pueden ver algunas aleaciones de bronce, su composición, propiedades y aplicaciones. Este material se utiliza
donde se requiere una elevada resistencia a la corrosión y una buena resistencia a la tracción. Los cobres al
Berilio forman aleaciones de alta resistencia. Se moldean y trabajan en caliente y en frío y poseen una notable
combinación de propiedades: resistencia a la tracción (1400 MPa), excelentes propiedades eléctricas y
resistencias a la corrosión y al desgaste en presencia de lubricantes. Son aleaciones caras que contienen entre
1,0 y 2,5% de Be. Aplicaciones típicas son cojinetes para turbinas (turborreactores), resortes e instrumentos
quirúrgicos y dentales. La aleación C17200 figura también en la tabla.
Las aleaciones de Cu también resultan fuera de lo común porque se pueden seleccionar con el objeto de
producir un color decorativo apropiado. El Cu puro es rojo, con Zn produce un color amarillo hasta dorado y con
el Ni toma un color plateado. El Cu se oxida con facilidad, formando sulfato de Cu. Este es un compuesto verde
insoluble en agua, pero soluble en ácidos. Esta pátina verde da un acabado atractivo en muchas aplicaciones .
La estatua de la Libertad es verde debido a esta pátina del Cu oxidado que recubre la estructura de acero de
esta estatua. Los Cu con menos de 1% de impurezas se utilizan en las aplicaciones eléctricas y micro
eléctricas.
CUADRO DE PROPIEDADES DE ALEACIONES DE COBRE
ALEACION Cu – Zn Latones
Los latones son aleaciones de Cobre y Zinc, con algunas
pequeñas cantidades de plomo, estaño o aluminio, las
variaciones en la composición dan características diferentes
en el color, resistencia, ductilidad, maquinabilidad, resistencia
a la corrosión, etc.
α
α+β
ALEACION Cu – Sn (COBRE – ESTAÑO) BRONCES
Los bronces al estaño, conocidos como bronces fosforados,
pueden contener hasta un 10% de Sn y una muy pequeña
cantidad de fósforo. Esta aleación se la puede considerar
como monofásica.
ALEACION Cu – ESTAÑO (Sn) - BRONCES
El bronce al manganeso es una aleación de resistencia
alta, que además de contener Mn puede contener también
Zn.
Kg. / mm2 = MPa x 0,102
Kg./ mm2 = PSI x 0,0007031
Metales
UTS - MPa
Al y Aleaciones
90 - 600
Cu y Aleaciones
140 - 1310
Pb y Aleaciones
20 - 55
Mo y
Aleaciones
90 - 2340
Ni y Aleaciones
345 - 1450
Aceros
415 - 1750
Ti y Aleaciones
415 - 1450
Tungsteno y
Aleaciones
620 - 760
UTS –
Kg./mm2